Vinutí transformátoru a izolace transformátoru

Vinutí transformátoru jsou součásti obvodu transformátoru a jsou hlavními částmi pro přeměnu elektromagnetické energie. Jsou vyrobeny z izolovaných drátů (obvykle měděných nebo hliníkových) navinutých podle konkrétního vzoru a přenášejí energii na principu elektromagnetické indukce.

1. Hlavní funkce

• Vytvoření magnetického pole: Když je primární vinutí napájeno střídavým proudem, vytvoří se střídavé magnetické pole.
• Indukce elektromotorické síly: Toto střídavé magnetické pole prochází sekundárním vinutím a vyvolává v sekundárním vinutí elektromotorickou sílu (napětí).
• Změna napětí: Úpravou poměru závitů primárního a sekundárního vinutí lze napětí zvýšit nebo snížit.

2. Typy vinutí (klasifikované podle úrovně napětí a relativní polohy)

• Vysokonapěťové vinutí: Vinutí, které odolává vyššímu napětí. Obvykle má menší průřez vodiče- (protože proud je relativně malý), ale vyžaduje vysokou izolaci.
• Nízké{0}}napěťové vinutí: Vinutí, které odolává nižšímu napětí. Obvykle má větší průřez vodiče- (protože proud je relativně velký) a má relativně nižší požadavky na izolaci.

Strukturálně se na základě jejich uspořádání na jádře dělí hlavně na dva typy:

(1) Soustředné vinutí:

• Struktura: Vinutí vysokého-a nízkého{1}}napětí jsou navinuta do válcových tvarů různých průměrů a soustředně umístěna na větvi jádra.
• Společné uspořádání: Pro usnadnění izolace je nízkonapěťové vinutí obvykle umístěno uvnitř (blíže k jádru) a vysokonapěťové vinutí na vnější straně. S izolací mezi nízkonapěťovým vinutím a jádrem (uzemněným) se totiž snáze manipuluje.
• Použití: Většina výkonových transformátorů (zejména těch s většími kapacitami) používá tuto strukturu. Výrobní proces je poměrně jednoduchý a konstrukce je robustní.

(2) Prokládané vinutí:

• Struktura: Vinutí vysokého-i nízkého{1}}napětí jsou vyrobena do tvaru disku a střídavě naskládána podél výšky větve jádra.
• Výhody: Snížený únikový tok mezi vinutími, vysoká mechanická pevnost a vysoká odolnost proti zkratu-.
• Použití: Používá se hlavně pro speciální transformátory, jako jsou transformátory elektrických pecí a svařovací transformátory, které musí odolávat velkým elektromagnetickým silám.

3. Hlavní požadavky na vinutí
Elektrický výkon: Musí odolat-dlouhodobě provoznímu napětí a přechodnému přepětí (jako jsou údery blesku).
Mechanické vlastnosti: Konstrukce musí být dostatečně pevná, aby odolala obrovským elektromagnetickým silám vznikajícím při zkratech bez deformace.
Tepelný výkon: Měl by mít dobrý odvod tepla, aby bylo zajištěno, že nárůst teploty při dlouhodobém zatížení- nepřekročí limit.
Výkon procesu: Proces navíjení by měl být jednoduchý, ekonomický a spolehlivý.

Je to materiálový systém, který od sebe izoluje různé části vinutí a odděluje vinutí od uzemněných částí (jako je jádro a olejová nádrž). Je to -obvodová část transformátoru, ale určuje bezpečnost a životnost transformátoru.
1. Hlavní funkce

• Potenciální izolace: Spolehlivě odděluje vodivé části s různými potenciály (jako jsou vinutí vysokého a nízkého napětí a vinutí od jádra), aby se zabránilo zkratům.
• Kanál pro odvod tepla: Izolační materiály (jako je transformátorový olej) často slouží jako chladicí médium, přenášející teplo generované vinutím a jádrem.
• Mechanická podpora: Izolační materiály (jako je izolační deska) také pomáhají fixovat a podporovat vinutí.

2. Klasifikace izolace (podle umístění a funkce)
Izolační systém transformátoru se obvykle dělí do dvou hlavních kategorií:

• Vnitřní izolace: Nachází se uvnitř nádrže transformátorového oleje, není v přímém kontaktu s vnějším vzduchem.
• Hlavní izolace: Týká se izolace mezi vinutími a uzemněnými částmi (jako je jádro a olejová nádrž) a mezi vinutími s různými úrovněmi napětí (například mezi vinutími vysokého{0}}a nízkonapěťového-vinutí). Toto je jádro izolačního systému transformátoru a určuje úroveň napětí transformátoru.
• Podélná izolace: Týká se izolace v rámci stejného vinutí, jako je izolace mezi závity (izolace otočte -do{1}}závitu), mezi vrstvami vinutí (izolace mezi vrstvami -do{3}}vrstvy) a mezi sekcemi vinutí (izolace sekce -k-sekci).
• Externí izolace: Týká se izolačních částí vystavených vzduchu vně transformátoru, zejména izolace v horní části průchodek (mimo olejovou nádrž). Jeho izolační síla závisí především na vzduchových podmínkách a povrchové vzdálenosti.

3. Hlavní izolační materiály
Izolace transformátorů (zejména transformátorů ponořených do oleje-) je kompozitní systém. Mezi běžné materiály patří:
(1) Tekuté izolační materiály:

• Minerální transformátorový olej: Nejčastěji používaný. Mezi funkce patří: izolace (mnohem vyšší dielektrická pevnost než vzduch), odvod tepla (odvádí teplo konvekcí), ochrana (izoluje kyslík, oddaluje stárnutí materiálu).
• Syntetický nebo přírodní esterový izolační olej: Jako silikonový olej nebo rostlinný izolační olej, běžně používaný v místech s vysokými požadavky na požární odolnost.

(2) Pevné izolační materiály:

• Izolační papír, izolační deska: Používá se pro izolaci závitů, izolaci vrstev, separátory mezi vinutími a izolační válce. Olej-papírový kompozitní izolační systém je nejklasičtějším a nejspolehlivějším typem izolace transformátoru.
• Epoxidová pryskyřice: Široce se používá v transformátorech suchého -typu, tvoří pevnou celkovou izolaci prostřednictvím lití.
• Papír NOMEX®: Vysoce-výkonný papír z aromatického polyamidu s vysokou tepelnou odolností, běžně používaný v suchých -typech nebo speciálních transformátorech.

Vinutí transformátoru jsou „obvodové kanály“ pro dosažení přeměny elektromagnetické energie, zatímco izolace transformátoru je „ochranným systémem“, který bezpečně odděluje součásti s různými potenciály; izolace funguje jako „pancéř“ vinutí, poskytuje bezpečnost pro jejich normální provoz a zabraňuje nehodám při zkratu-. Oba se vzájemně doplňují a společně určují výkon transformátoru, úroveň napětí a provozní spolehlivost.